印度尼西亚ADIPALA海岸水文与泥沙条件分析

陈汉宝，张先武，高 峰

（1.交通运输部天津水运工程科学研究所工程泥沙交通行业重点实验室，天津300456；2.中交第二航务工程勘察设计院有限公司，武汉430071）

印度尼西亚ADIPALA海岸水文与泥沙条件分析

陈汉宝1，张先武2，高 峰1

（1.交通运输部天津水运工程科学研究所工程泥沙交通行业重点实验室，天津300456；2.中交第二航务工程勘察设计院有限公司，武汉430071）

印度尼西亚南岸水文泥沙条件恶劣复杂。结合现场测量和资料收集，分析了ADIPALA工程海区的潮汐和潮流特征。运用一年的波浪实测资料和长期的气象资料，分析计算了波浪的年分布和不同重现期的波浪要素。结合周边河流、工程环境，分析了泥沙来源与运动特征。为工程研究、设计和建设提供了依据。

海岸；水文；泥沙；印度尼西亚

印度尼西亚属岛屿国家，面临的自然环境十分复杂，由于缺乏长期的测量资料，在该区域建港面临前所未有的挑战。爪哇岛南侧的海岸均处于长周期涌浪的作用，建港条件十分恶劣，可供参考的设计、科研和施工经验都有限。

爪哇岛南岸几个已经开展建设或投入运营的工程项目中，出现了比较显著的泥沙问题。这些沙质海岸的泥沙在单纯潮流作用下很难起动，但是在不间歇的涌浪作用下，沿岸输沙与横向输沙都很显著，泥沙先在堤跟淤积，进一步向深水横向输移，绕过堤头，在港池、航道和取水口堆积，造成了严重的工程问题。为解决泥沙淤积问题，需要对水文和泥沙条件进行研究和分析。

拟建的ADIPALA电厂工程位于印度尼西亚爪哇岛南岸，地理位置约为7°41′23.15"S，109°8′23.23"E，海工建筑物包括：码头泊位、防波堤、取排水等建筑物。拟建工程位于Cilacap湾海域，东临Bengawan河，西临Serayu河，与已有的S2P电站港区（西侧Cilacap湾内）隔河相望，其工程区形势如图1所示。

1 潮汐特征与设计水位

根据工程区域附近布置的两个临时潮位观测站资料（2009年12月～2010年1月）［1-2］，测站位置见图2。经计算分析，工程区域的潮型为以半日潮为主的混合潮。潮高和潮时存在明显的日潮不等现象。涨潮历时稍大于落潮历时。水位的推算结果见表1。

2 潮流

2.1 洋流

工程区处在印度洋的洋流控制下，由东南亚2月、4月和8月份的潮流场可知，工程区2月多以顺岸自西向东洋流为主，8月则以顺岸自东向西洋流为主，而4月份近岸为顺岸自西向东洋流，离岸多为自东向西洋流。

2.2 潮流

根据Gadjah Mada Team（2007）三点的实测资料统计，大、小潮流速均小于0.5 m/s，且实测期间波浪较为平静，其中高潮期的表层流速变化较为突然。另外，Puslitbang Air（BCEOM，1993）对近岸Tipar河口实测表明，近岸潮流流速范围在0.1～0.35 m/s（-10 m水深处）。

2009年雨季期间，分别于12月7日～8日（中潮）、12月10日～11日（小潮）和12月19日～20日（大潮）进行潮流观测。实测共计5个站位（如前文图2所示），垂线平均流速统计见表2。

虽然大中小潮潮差大小特征明显，表中各测站垂线平均流速却表现为中、小潮期大于大潮期，最大值0.26 m/s，出现在小潮期P1站，表明工程区的洋流成分不容忽视。整体分布趋势表明流向近岸附近以沿岸往复流为主，而深水处呈现近似向、离岸的旋转流。

3 波浪

3.1 实测资料

结合实测短期波浪资料（测站位于-20m等深线附近，如图3所示），并据当地渔民描述和印尼国家气象站波浪预报资料，可知雨季波浪较小，旱季7、8月份为大浪期，最大波高可达4～5m。2010年1月现场踏勘期间，波况恶劣，平均波高可达3～4m，近岸破波带显著且宽广，该波况为本区常见情况，反映了本区波浪动力较强的特征。

3.2 数值模拟计算结果

根据本项目前期所做的波浪数学模型推算结果，各重现期波浪推算结果见表3［3-4］。

外海在向近岸传播过程中，由于水深大，折射作用明显，波浪方向以南向为主，分频分级结果见表4。

4 含沙量

2009年12 月现场踏勘期间，对拟建工程海域及近岸进行了水体含沙量的测定，共计测点21个，范围包括：工程水域、Bengawan与Serayu河口以及近岸破波带，取样位置范围如图4所示，测量结果见表5。

实测样品含沙量在0.003 3～0.011 1 kg/m3，平均值仅为0.006 kg/m3，上述各取样点均位于破碎带以外的相对深水区，水体挟砂能力较弱，因此含沙量较小。而7 902～7 911测点位于近岸河口与破波带内，受近岸较强波浪影响，水体挟砂力显著增强，含沙量剧增。其中，Serayu河口含沙量明显大于Bengawan河口，这与现场观察到的水体混浊程度相符合。而破波带内，底部最大含沙量可至10 kg/m3以上，一般也在0.8～0.9 kg/m3。

同时，在Serayu河大桥至河口段选取了15个点进行含沙量取样工作，测点结果表明，Serayu河流河口附近含沙量为0.182～0.316 kg/m3，均小于0.35 kg/m3，平均为0.242 4 kg/m3。

5 海床沉积物特征

通过实验室PW4400/40X射线荧光光谱仪分析，本区海床沉积物样品组成包含：SiO2、Al2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O、TiO2、P2O5、MnO、灼失和 TFe2O3。其中，SiO2和TFe2O3含量值所占比重较高，而岸滩样品中TFe2O3值可达到40%左右，因此本区泥沙密度可达到2.77～2.96 g/cm3，比普通天然石英砂（2.65 g/cm3）略重。

2009年12 月和2010年1月两次对拟建工程海域及近岸进行了底质取样，共计样品125个，取样范围如图5所示。颗分结果表明，本海区表层沉积物主要包含粉砂质砂、砂质粉砂、中砂、细砂和粗砂等类型，而其中以粉砂质砂为主。工程区底质粒径呈东粗西细的特征，具体分析如下：

（1）工程海区。该区采取样品共计88个，中值粒径（d50）范围为0.006 3～0.250 2 mm，平均值0.092 6 mm。主要成分为砂，平均约占68.1%，其次是粘土，占27.1%，而砾石仅为4.8%。该区域全部样品分选系数在0.057～1.673，平均值为0.419，分选好。

（2）岸滩及近岸破波带内。该区采取样品共计19个，中值粒径（d50）范围0.131 2～0.778 8mm，平均值为0.312 3mm。主要成分为砂，平均可占93.7%，其次是粉砂占3.9%，粘土仅占1.7%。该区域全部样品分选系数在1.235～1.845，平均值为1.392，分选差。

（3）Serayu河下游及河口。该区采取样品共计18个，中值粒径（d50）范围为0.073 2～0.783 8mm，平均值为0.348 4mm。其主要成分为砂，平均可占93.4%，其次是粉砂，占5.2%，粘土仅占0.7%。该区域全部样品分选系数在0.141～2.098，平均值为1.321，分选差。

6 泥沙来源与岸滩演变分析

工程海域泥沙主要来源于邻近河流、近岸浅滩等在波、流动力作用下挟带、搬运的物质。

6.1 邻近河流输砂

拟建工程区沿岸以东、以西均有河流，即东侧的Bengawan、Ayah与西侧的Serayu河，位置分布如前文图1。其中Serayu河，又名Tipar河，其流域面积最大、河道最宽，距离拟建工程也最近。

对于工程海域，河流的径流输沙是主要的泥沙补给来源，特别是Serayu河口近岸水体在雨季期间较为混浊，且扩散范围较广，已观察到的浑水带可延伸至河口外侧2～3 km半径的范围，且还有继续向外海延伸趋势，分界线附近水深接近-17m等深线；另外还沿岸纵向飘散，并受波浪横向作用影响，导致近岸一定范围内水体同样浑浊，因此，河流下泄泥沙可能成为影响本地区主要的沙源之一。

（1）Serayu河。河口距工程区约4.2 km，河势向西南倾斜，口门宽150～640m。分别由发源于Jawa岛中部Wanadadi和Rembang山区的支流在Somakaton处交汇形成，主流自Somakaton至河口段总长约53 km。根据2009年12月现场测量资料统计，Serayu河口各站位实测含沙量在0.181 9～0.315 9 kg/m3，平均值0.242 4 kg/m3。依据2009年实测流量与降雨量关系计算，该河流全年河流最大流量为642 m3/s，平均流量为172m3/s，则对应年平均来沙量约为1.31×106t。

如果认为1.31×106t泥沙均下泄至Serayu河口，河口距工程区约4.2 km，由于潮流动力很弱，那么河口泥沙只能通过波浪起动再输移形成扇形扩散，通过前期计算分析，即使平均分布情况下，Serayu河年输沙量可使影响区域海床平均淤厚约0.017 m/a，相对有限。

工程建设后，改变了河口的局部动力条件，并阻断自东向西的沿岸输沙，从而部分阻断了使河口沙坝成长的沙源，可能造成的最差结果是：沙坝有可能被冲开，致使Serayu河下泄沙量更易扩散输移并对本区产生影响。基于这种可能也在前期研究中进行了分析，沙坝的长度按照1.5 km考虑，一旦冲开后，河流下泄泥沙输移至工程的距离为2.7 km，即使平均分布情况下，Serayu河年输沙量可使影响区域海床平均淤厚约0.04 m/a，影响有限，这与含沙量沿程衰减较快有关。

（2）Bengawan河。该河口距工程区约3.7 km，河势西南倾斜，至河口转向东南，口门宽100～360 m。河口水体相对较为清澈，没有明显混浊带。河口西岸有一条突堤（长约62 m）自岸滩向南延伸至海，堤头波浪较强，西侧堤根处略有淤积。从该河两岸地貌形态分析，由于植被、山体基岩、流域面积相对较小等因素导致河水较清，含沙量较小，因此该河基本不会对本工程造成影响。

（3）Ayah河。该河口距离工程区约28 km，所在海湾为Ayah，河势向东南倾斜，河口朝向东，拦门沙位于西岸、其沙嘴朝向东延伸，河口宽度为90～300m，呈喇叭口扩散，东岸依靠山体，形成基岩岬头。

6.2 波流综合作用下的输砂

本海区地处热带季风气候区，由于沿岸植被良好、气候湿润，因此风对陆相泥沙的搬运能力有限。但对于海床滩面上较细颗粒的物质来说，浪、流综合作用下的悬沙“掀扬—搬运”是一个不可忽视的泥沙来源之一。近岸滩砂在破碎波浪引起的裂流、沿岸流共同作用下，发生显著的输移运动，特别是破碎带内的横向输运极为明显。

近岸底砂呈云团状的横向扩散非常显著，最远离岸1.11 km，-12～-13m等深线处，这些扩散砂团与岸线凹凸相对应，该现象在拟建工程周边其他岸滩也有出现，但不如本区明显。这部分活跃的泥沙，将对工程的泥沙淤积形成直接影响。

6.3 人为活动及洋流输送来砂

海滩沿岸、河口及下游的人类活动也对泥沙输移产生了影响，这些人类活动包括：S2P电厂的建设、挖沙、建桥等，特别是拟建工程区和Serayu河口的大规模挖沙活动，降低了岸滩稳定性、提高了边坡泥沙的活跃程度、加速了滩面物质的输移交换，使之成为近岸砂源的一部分。另外，受大洋环流的作用，外海洋流较强动力所挟带部分泥沙流经本区时沉积下来，从而也可形成本海域沉积物的来源之一。

6.4 近岸形态及河口演变分析

拟建工程区岸线走向整体近似为E—W向、并有顺时针偏转6°趋势，岸形不平直、呈现波浪状韵律岸滩形态，反映了该区横浪及裂流作用的常年影响结果。根据所在水域的岸滩及海床表层沉积物分析，主要以粒径为0.1 mm左右的粉砂质砂为主，并由现场实测水下岸滩坡度为1/50～1/60（0～-10 m间），所在海湾在东、西两凸出基岩岬角间呈弧状发育，属于典型的岬间砂质海岸，这类海岸一般是以海洋波浪比较强劲而潮流及河流动力作用较弱的基岩-砂质海岸发育而成。

分析工程区现状演变情况可对本工程有重要参考意义。邻近拟建工程较大的Serayu河口存在发育良好的拦门沙，长约1.44 km，同时河口以西的已建CILACAP电厂取水明渠淤积严重、处于不间断清淤状态，而东侧防波堤护面块体冲损严重。结合不同时期的卫星照片，成像时间分别为：2002年8月30日、2003年7月6日、2007年7月1日、2008年6月22日、2009年1月17日、2009年3月25日、2009年6月25日和2009年9月25日。分析表明，CILACAP电厂建成以前（2002、2003年），河口西岸有潟湖存在，东岸有拦门沙沙嘴，通常其增长方向和走势往往揭示出该区优势沿岸沉积物流的方向。由此判断自然状态下的沿岸输沙方向是与本区常年作用的主浪向一致的。CILACAP电厂建成以后，Serayu河口逐渐与潟湖贯通，而拦门沙形态也在不断调整长度（2007、2008年），并有向西延伸趋势。至2009年，西侧潟湖消失，河口直接与电厂东防波堤接壤，自河口下泄水、沙均沿堤身外侧注入大海。分析河口产生巨变的原因可能有三：一是随着拦门沙坝的不断发育加长，河口口门变窄，在上游河流流量不变的情况下，口门处流速增强，进而输沙能力增强，致使河口处不断受到冲击，长时间的作用将潟湖区冲没；二是岸滩在大浪的长期作用下，不断冲击岸滩，带沙入海并沿堤输离岸滩，并在河流强水流冲泄的带动下输移至CILACAP电厂取水明渠及港区口门附近；三是CILACAP电站建成后，阻碍了由西向东的波浪作用，因此河口东向输沙加大，缩窄河口，向西运动。

工程区海床的冲淤变形将是推移质和悬移质共同作用的结果。即使在相对稳定的这类岬间弧形湾海岸建港，但由于建筑物破坏了原输沙平衡，加之邻近径流充沛的河口，如果平面布置不当，也可导致强烈的淤积，如附近的CILACAP电厂的取水明渠淤积问题就是典型例子。值得一提的是，从电厂港池内沉积物分析结果（中值粒径在0.1～0.15mm范围），这与邻近的Serayu河口以及附近混浊带水域的0.03～0.06mm粒径的底质有较大差异，但却与港外相邻区域底质相近似，由此可知：虽然CILACAP电厂邻近Serayu河（河口与口门的距离约为1.7 km），但是电厂港池沉积落淤的物质来源并非直接来自于河口，而主要是来自于近岸推移质在波流动力下向港内传递-落淤的输移趋势，由此也可与水体表、中层悬沙含量普遍较低相吻合，即反映了本地区较为特殊的淤积形势，即悬沙落淤的比重较少，而推移质底砂是构成淤积的主体，河流的直接影响相对有限。

7 泥沙运动计算分析

从本区岸滩的底质采样来看，可判定海岸属于砂质海岸。结合本区底沙沉积物性质与波浪、潮流模型试验结果，分析工程建成后，该水域泥沙运动条件。本研究结合工程现场踏勘，根据近岸底质采样分析结果，分别对波浪、水流作用下的泥沙起动条件进行计算。

（1）起动流速。泥沙起动时的垂线平均流速称为泥沙的起动流速。本海区近岸水域中值粒径（d50）范围为0.006 3～0.250 2 mm，平均值0.092 6mm。粒径均大于0.03 mm，因而选用窦国仁的不考虑粘结力的泥沙起动公式，计算结果见表6。

结合潮流数学模型计算结果［5-6］，工程实施后拟建工程口门附近的流速在0.09～0.103m/s，对比表6结果可知，工程区实测和各方案实施后的流速均小于0.3 m/s，小于各等深线处的起动流速，这说明单一潮流难以使泥沙发生输移，由此判断水流并非本区泥沙起动的主要动力因素。

（2）起动波高。采用佐腾·田中公式（2）计算该区的起动波高［7］，并考虑不同粒径的泥沙完全起动的情况。

由于本工程波浪周期较长，在-10 m水深以内，泥沙中值粒径在0.1～0.4 mm范围内的泥沙大部分会起动，所以港区如不能在波浪掩护良好的位置内布置，必然会导致泥沙大量输运造成淤积影响。通过计算，0.5m的波高就能使小于10m水深处的不同粒径起动，而本区常年均会有大浪出现，大浪波高平均为3～4 m，因此可以满足泥沙输移条件，故波浪是本区泥沙运动的主要动力条件。

8 主要结论

研究通过收集工程有关的水文气象、地质、地形等条件及规划情况，并结合相关数模计算结果，分析了工程所在区域的水动力条件特征、泥沙环境与岸滩稳定性，分析表明：

（1）ADIPALA电站工程海域为以半日潮为主的混合潮，潮流比较微弱，实测最大流速均小于0.30m/s，且小于本区泥沙起动流速的计算值，不是泥沙运动的主要动力条件；

（2）工程区正对印度洋，易受外海长周期波浪的影响，且工程区波浪动力较强，波周期超过10 s。经计算0.5m的波高就能使小于10 m水深处的不同粒径起动，而本区常年均有大浪（平均3～4 m），充分满足泥沙输移条件，因此波浪是泥沙运动的主要动力条件；

（3）工程海域泥沙主要来源于邻近河流、近岸浅滩等在波、流动力作用下挟带、搬运的物质。工程海区实测平均含沙量为0.006 kg/m3，近岸破波带平均含沙量在0.8～0.9 kg/m3，工程区外海水体含沙量小于0.01 kg/m3；

（4）由于悬沙影响较小，波浪较强，破碎区沿岸输沙和近岸横向输沙将是本区建港泥沙淤积的主要因素。

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我国将加快内河水运建设

据交通运输部《加快推进长江等内河水运发展行动方案（2013～2020年）》，到2020年，我国将基本建成1.9万km高等级航道，内河三级及以上航道里程达到1.4万km；“两横一纵两网”高等级航道将达到规划标准；将建成一批规模化、专业化、现代化港区，形成比较完善的集疏运体系，内河港口功能进一步拓展、服务水平显著提升；内河货运量将达30亿t以上，货物周转量达到每公里1万亿t以上；内河货运船舶平均载重吨达到1 200 t。（殷缶，梅深）

滨州拟建10万t级海港

据报道，“滨州市政府目前正积极申报国家一类开放口岸，同时正在有针对性地规划建设滨州港10万t级航道和码头。这一码头建成后，将成为济南最好出海口，大大缩短省会城市群经济圈内企业货物出海的时间。滨州市作为省会城市群经济圈内唯一一座沿海城市，滨州市拥有240 km的海岸线，它向南连接着济南、淄博、德州，向北则深入渤海湾，具有独特的区位优势。（殷缶，梅深）

中俄签署海上航行安全和保护海洋环境合作谅解备忘录

本刊从交通运输部获悉，2013年9月6日，在中俄总理定期会晤委员会运输合作分委会第17次会议期间，交通运输部与俄联邦运输部在北京签署了《中华人民共和国交通运输部和俄罗斯联邦运输部关于海上航行安全和保护海洋环境合作谅解备忘录》，标志着中俄两国运输领域的合作，尤其是海上航行安全与海洋环境保护领域的合作进入全新的阶段。作为与周边邻国交通运输部门签署的第一份关于海上安全和防污染的全面性战略合作文件，该备忘录的实施也将为推动中俄界河备忘录的签署、共同维护中俄界河水域安全奠定坚实基础。（殷缶，梅深）

Analysis on coastalhydrodynam ics and sediment condition of ADIPALA Indonesia

CHEN Han-bao1,ZHANG Xian-wu2,GAO Feng1
（1.Tianjin Research Institute forWater Transport Engineering,Key Laboratory of Engineering Sediment,Ministy of Transport,Tianjin 300456,China;2.CCCC Second Harbour Consultants Co.,Ltd.,Wuhan 430071,China）

The coastal hydrodynamics and sediment condition of JAVA southern coast are very complex.The tide value and ocean current characteristic of ADIPALA project were analyzed by site surveyed and collected data.The wave rose and several return period wave condition were calculated corresponding with one-year wave survey data and long period meteorological data.Combined with rivers,engineerings and environments,the source and movement character of sedimentwere analyzed.The results provide the basis for research,design and construction.

coast;hydrology;sediment;Indonesia

TV 142；TV 131.6

A

1005-8443（2013）05-0369-07

2012-12-03；

2013-01-05

交通运输科技项目（2011318494150）；交通运输科技项目（2011318223170）

陈汉宝（1971-），男，浙江省义乌市人，研究员，主要从事海洋工程波浪研究。

Biography：CHEN Han-bao（1971-），male，professor.